大豆加工廢水中乳清蛋白超濾膜分離及資源化.pdf

1、近年來，新興大豆蛋白食品加工工業(yè)在我國發(fā)展迅速的同時也產(chǎn)生了大量的廢水。大豆加工廢水中的有機成分主要為乳清蛋白和低聚糖，COD達20000mg/L左右，屬于高濃度有機廢水。該廢水的處理現(xiàn)狀多為采用生物處理工藝降解其中有機污染物，乳清蛋白和低聚糖等生理活性物質(zhì)作為污染物而直接被去除。這不僅浪費了資源，而且處理費用較高。如果能有效地回收其中的乳清蛋白和低聚糖，不僅回收了有用資源，而且凈化了污水，可實現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。而目前國內(nèi)外研究主

2、要集中在低聚糖的回收，對乳清蛋白的回收研究較少。本文以采用膜分離技術(shù)處理大豆加工廢水并回收有用資源為出發(fā)點，研究超濾膜分離乳清蛋白的效果、考察分離出的乳清蛋白的功能特性，考察產(chǎn)業(yè)化條件下大豆加工廢水胰蛋白酶改性技術(shù)及其在飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用，為實現(xiàn)膜技術(shù)對大豆加工廢水的資源化奠定基礎(chǔ)。
　　針對大豆加工廢水水質(zhì)特點，提出了超濾膜分離工藝提取大豆加工廢水中有用資源乳清蛋白的技術(shù)。采用再生纖維膜（RC）和聚醚砜膜（PES）進行試驗，每種膜

3、的截留分子量（MWCO）分別選定為5000，10000和30000Da。試驗考察了各種膜的滲透通量、膜衰減系數(shù)、蛋白截留率、總糖透過率隨時間的變化情況，結(jié)果表明：截留分子量為10000Da的RC超濾膜，在滲透通量、蛋白截留率、總糖透過率、膜衰減系數(shù)等方面皆優(yōu)于其它超濾膜。超濾的最佳工藝條件為壓力30kPa、pH值9、濃縮比3:1、溫度20℃，膜滲透通量31.2 L/(m2·h)，蛋白截留率78.46％，蛋白含量51.37%?？疾炝顺瑸V膜

4、通量的衰減情況，確定了最佳的化學清洗周期和頻率。超濾膜組件的清洗方法主要采用先以物理清洗措施，而后用次氯酸鈉先堿洗后再用乙醇洗的方法對膜進行化學清洗，在不同的操作壓力下膜通量的恢復程度不同，在壓力為40kPa時的膜通量恢復最大，3次化學清洗恢復程度分別為94.7%、82.7%和70%，膜的清洗周期為90天。在曲線擬合的基礎(chǔ)上，建立了不同條件下膜滲透通量隨時間變化的數(shù)學模型，模型模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，這說明基于曲線擬合建立模型是可行

5、的。
　　揭示了膜分離大豆加工廢水中大豆乳清蛋白的功能特性?？疾炝舜蠖谷榍宓鞍兹榛裕‥AI）、乳化穩(wěn)定性(ESI)及其最佳控制條件，同時進行3類免疫功能的試驗，即反映細胞免疫功能的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)(足跖增厚法)、反映體液免疫功能的半數(shù)溶血值(HC50)的測定、反映單核-巨噬細胞吞噬功能的小鼠碳廓清實驗。結(jié)果表明：大豆乳清蛋白ESI效果影響因素及最佳條件是：濃度（3.3%）>時間（18.4min）>溫度（49.8℃），EAI效果最佳

6、條件是：溫度（52.2℃）>時間（20.6min）>濃度（6.9%）。大豆乳清蛋白可明顯增強小鼠的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)和半數(shù)溶血值，但未見增加小鼠碳廓清功能，說明大豆乳清蛋白具有增強細胞免疫功能和體液免疫功能。考察了大豆乳清蛋白發(fā)泡特性及其最佳控制條件，同時進行輔助抑制腫瘤作用試驗，考察經(jīng)口給予小鼠不同劑量的大豆乳清蛋白30天（接種S-180腹水型腫瘤細胞），對小鼠體重、臟器/體重和移植S-180瘤株腫瘤生長的影響。結(jié)果表明：pH值、溫度、時

7、間、含量均對大豆乳清蛋白起泡性有顯著影響。大豆乳清蛋白起泡性效果最佳條件是：pH值5.5>濃度5.6%>溫度31.2℃。經(jīng)口給予小鼠不同劑量的大豆乳清蛋白30天，對小鼠體重增長和臟器體重比值無影響，對小鼠 S180腫瘤的生長有抑制作用，說明大豆乳清蛋白具有輔助抑制腫瘤的作用。顯微鏡觀察結(jié)果表明1.6g/L和2.0g/L濃度的大豆乳清蛋白處理人肝癌細胞 HepG248小時后，細胞核或細胞質(zhì)呈濃染的塊狀或顆粒狀熒光，聚集于核周邊或裂解成碎片

8、，表明大豆乳清蛋白能誘發(fā)腫瘤細胞發(fā)生細胞凋亡。
　　實現(xiàn)了大豆加工廢水中乳清蛋白資源化與產(chǎn)業(yè)化。對不同溫度下活性炭脫色、脫嗅效果、不同樹脂交換流量下脫鹽效果（進水中鹽濃度為0.268%）以及大豆胰蛋白酶抑制劑活性（TIA，進水中含量為0.086TLU）進行研究，同時以酸度（以檸檬酸和蘋果酸1:1的混合酸添加）、糖度、香料為因素進行曲面響應(yīng)法優(yōu)化試驗，研究以乳清蛋白液為原料調(diào)配飲料的最優(yōu)條件，得出該飲料的最佳配方。廢水預處理結(jié)果表明

9、：采用10%體積的活性炭在45℃水浴中30min時脫色脫嗅效果最好；采用離子交換脫鹽法，流速選擇4.28ml/min時效果最佳。試驗結(jié)果還表明大豆乳清蛋白的胰蛋白酶改性技術(shù)可行，改性條件為：底物濃度2%>酶用量4206.7 u/100g.pro>溫度52.1℃。TIA試驗結(jié)果表明黃桃味清型大豆乳清蛋白飲料所用的TIA低于市面上銷售可食用商品的TIA。飲料最優(yōu)配方為酸添加量為2.18g/L，糖添加量為8.29%，香料添加量為0.0192%